Используя данные рентгеновской обсерватории «Чандра» и компьютерное моделирование, ученые обнаружили ранее неизвестные детали о последних мгновениях жизни массивной звезды, взрыв которой породил остаток сверхновой Кассиопея А (Cas A). Ключевым открытием стало первое наблюдательное доказательство бурного и асимметричного процесса, названного «слиянием оболочек», который происходит непосредственно перед коллапсом звезды.
Этот процесс представляет собой слияние кислородной оболочки звезды с ее внешними оболочками, состоящими из углерода и неона. Это событие, происходящее за мгновения до коллапса ядра, вызывает мощное перемешивание элементов. Большие объемы кремния (Si), синтезированного в глубине звезды, устремляются наружу. Одновременно с этим неон (Ne), обильно присутствующий во внешнем слое, втягивается внутрь и сгорает.
Результатом является не однородное, а неоднородное смешивание. Элементы не гомогенизируются полностью, создавая отдельные небольшие области, богатые кремнием, рядом с областями, богатыми неоном. Исследование, озаглавленное «Неоднородное звездное смешивание в последние часы перед взрывом сверхновой Кассиопея А» и опубликованное в журнале The Astrophysical Journal, предоставляет, по словам авторов, «первое наблюдательное свидетельство того, что финальный процесс звездного горения быстро изменяет внутреннюю структуру, оставляя асимметрию перед взрывом сверхновой».
Ведущий автор исследования Тошики Сато из Университета Мэйдзи в Японии, совместно с соавторами Каем Мацунагой и Хироюки Утидой из Киотского университета, сосредоточил внимание на остатке сверхновой Кассиопея А. Этот объект является одним из наиболее изученных в своем классе. Звезда, его породившая, взорвалась примерно 11 300 лет назад, а свет от этого события достиг Земли около 1660-х годов, хотя убедительных исторических записей о его наблюдении не существует.
Масса звезды-предшественника оценивается в 15-20 масс Солнца, с некоторыми оценками, достигающими 30 солнечных масс. Предположительно, это была звезда типа Вольфа-Райе. Взрыв произошел по типу коллапса ядра, когда железное ядро массой около 1,4 солнечной массы не выдержало собственного веса и схлопнулось.
Открытие асимметричного смешивания фундаментально меняет представление о взрывах сверхновых. Долгое время считалось, что эти события симметричны. Теперь же установлено, что «слияние оболочек» создает асимметрию еще до взрыва, что приводит к формированию «асимметричных полей скоростей» во время самой сверхновой.
Такая асимметрия взрыва может объяснить так называемый «ударный импульс» (acceleration kick), который придает оставшимся после взрыва нейтронным звездам чрезвычайно высокие скорости. Наличие направленного, а не сферически-симметричного выброса вещества сообщает компактному объекту мощное ускорение.
Более того, интенсивная турбулентность и внутренняя активность, вызванные «слиянием оболочек», могли непосредственно способствовать запуску самого взрыва. Как отмечает соавтор Хироюки Утида, эта активность «может изменить ее судьбу — вспыхнет ли она как сверхновая или нет». Это означает, что предсмертные конвульсии звезды могут быть не просто предвестником, а решающим фактором ее финальной судьбы.
Исследования Cas A являются комплексными и опираются на данные множества инструментов. Помимо «Чандры», для изучения этого объекта использовались космические телескопы «Хаббл» и «Спитцер», а также камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) на борту космического телескопа «Джеймс Уэбб». Авторами изображений, полученных с «Уэбба», являются Ильзе Де Лозе (Гентский университет) и Теа Темим (Принстонский университет).
Детальный анализ рентгеновских данных «Чандры» позволил составить карту распределения элементов. Изображения были построены с использованием различных энергетических диапазонов: красный цвет соответствует железу (Fe Heα, 6.54–6.92 кэВ), зеленый — кремнию (Si Heα, 1.76–1.94 кэВ), а синий — кислороду (O lines, 0.60–0.85 кэВ). Именно этот анализ и выявил неоднородное расположение кремния и неона, что стало прямым доказательством хаотичного смешивания перед взрывом.
Изображение носит иллюстративный характер
Этот процесс представляет собой слияние кислородной оболочки звезды с ее внешними оболочками, состоящими из углерода и неона. Это событие, происходящее за мгновения до коллапса ядра, вызывает мощное перемешивание элементов. Большие объемы кремния (Si), синтезированного в глубине звезды, устремляются наружу. Одновременно с этим неон (Ne), обильно присутствующий во внешнем слое, втягивается внутрь и сгорает.
Результатом является не однородное, а неоднородное смешивание. Элементы не гомогенизируются полностью, создавая отдельные небольшие области, богатые кремнием, рядом с областями, богатыми неоном. Исследование, озаглавленное «Неоднородное звездное смешивание в последние часы перед взрывом сверхновой Кассиопея А» и опубликованное в журнале The Astrophysical Journal, предоставляет, по словам авторов, «первое наблюдательное свидетельство того, что финальный процесс звездного горения быстро изменяет внутреннюю структуру, оставляя асимметрию перед взрывом сверхновой».
Ведущий автор исследования Тошики Сато из Университета Мэйдзи в Японии, совместно с соавторами Каем Мацунагой и Хироюки Утидой из Киотского университета, сосредоточил внимание на остатке сверхновой Кассиопея А. Этот объект является одним из наиболее изученных в своем классе. Звезда, его породившая, взорвалась примерно 11 300 лет назад, а свет от этого события достиг Земли около 1660-х годов, хотя убедительных исторических записей о его наблюдении не существует.
Масса звезды-предшественника оценивается в 15-20 масс Солнца, с некоторыми оценками, достигающими 30 солнечных масс. Предположительно, это была звезда типа Вольфа-Райе. Взрыв произошел по типу коллапса ядра, когда железное ядро массой около 1,4 солнечной массы не выдержало собственного веса и схлопнулось.
Открытие асимметричного смешивания фундаментально меняет представление о взрывах сверхновых. Долгое время считалось, что эти события симметричны. Теперь же установлено, что «слияние оболочек» создает асимметрию еще до взрыва, что приводит к формированию «асимметричных полей скоростей» во время самой сверхновой.
Такая асимметрия взрыва может объяснить так называемый «ударный импульс» (acceleration kick), который придает оставшимся после взрыва нейтронным звездам чрезвычайно высокие скорости. Наличие направленного, а не сферически-симметричного выброса вещества сообщает компактному объекту мощное ускорение.
Более того, интенсивная турбулентность и внутренняя активность, вызванные «слиянием оболочек», могли непосредственно способствовать запуску самого взрыва. Как отмечает соавтор Хироюки Утида, эта активность «может изменить ее судьбу — вспыхнет ли она как сверхновая или нет». Это означает, что предсмертные конвульсии звезды могут быть не просто предвестником, а решающим фактором ее финальной судьбы.
Исследования Cas A являются комплексными и опираются на данные множества инструментов. Помимо «Чандры», для изучения этого объекта использовались космические телескопы «Хаббл» и «Спитцер», а также камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) на борту космического телескопа «Джеймс Уэбб». Авторами изображений, полученных с «Уэбба», являются Ильзе Де Лозе (Гентский университет) и Теа Темим (Принстонский университет).
Детальный анализ рентгеновских данных «Чандры» позволил составить карту распределения элементов. Изображения были построены с использованием различных энергетических диапазонов: красный цвет соответствует железу (Fe Heα, 6.54–6.92 кэВ), зеленый — кремнию (Si Heα, 1.76–1.94 кэВ), а синий — кислороду (O lines, 0.60–0.85 кэВ). Именно этот анализ и выявил неоднородное расположение кремния и неона, что стало прямым доказательством хаотичного смешивания перед взрывом.
